致密砂巖氣藏水平井全通徑分段壓裂改造實踐及認識

李凌川

（中國石化華北油氣分公司石油工程技術研究院）

李凌川.致密砂巖氣藏水平井全通徑分段壓裂改造實踐及認識.鉆采工藝，2019，42（5）：62-65

鄂爾多斯盆地北部（以下簡稱鄂北）油氣資源豐富，截至2016年底華北油氣分公司鄂北氣田（大牛地區塊、杭錦旗區塊）天然氣三級儲量共計13 686.4×108m3。鄂北致密砂巖氣藏水平井整體規?；_發始于2011年，形成了以裸眼預置管柱管外封隔分段壓裂為主的水平井改造工藝技術，該技術實現了完井與壓裂管柱一體化，采用投球方式逐級打開壓裂滑套，縮短了作業周期，2011～2016年底共計實施水平井分段壓裂556井次，實現了鄂北氣田快速有效建產［1-4］。但受制于工藝自身缺點，在后期生產實踐中，該技術存在多級滑套內徑逐級遞減，不能實現壓后井筒全通徑；憋壓球不能全部返出，部分滯留井筒而影響后期二次改造（后期作業需鉆銑滑套，施工成本較高）等問題［5-7］。因此，有必要針對鄂北氣田不同儲層特征，研究適合該地區的全通徑分段壓裂工藝。

一、全通徑完井及改造模式

1.套管固井完井方式下的分段壓裂試驗

2016年以前，鄂北氣田在套管固井全通徑完井方式的基礎上，初步開展了可鉆橋塞分段壓裂、固井滑套分段壓裂、水力噴射分段壓裂和連續油管帶底封分段壓裂4種壓裂工藝技術現場試驗［8-10］。由于鄂北致密砂巖氣藏屬于低壓低滲氣藏，鉆井施工過程中，三疊系劉家溝組地層易漏，防漏堵漏難度較大，二疊系石千峰組和上石盒子組泥巖發育，山西組和太原組發育大套煤層。因而，鄂北氣田套管固井完井方式普遍采用三級井身結構及懸掛尾管固井完井。完井管柱結構如圖1所示。

圖1 懸掛尾管固井完井示意圖

截止2015年底，鄂北氣田固井完井水平井分段壓裂共試驗15井111段，平均單段液量236.5 m3，平均單段砂量25 m3，施工成功率98.2%，平均無阻流量2.64×104m3／d，平均油壓3.3 MPa，壓后效果不理想。一方面是由于部分固井完井水平井鉆遇顯示較差；另外由于鄂北氣田致密砂巖儲層為低孔、低滲、低壓氣藏，儲層天然能量不足，壓力下降快，采用固井完井與祼眼完井相比，其有效面積相對較小，且固井過程中可能會堵塞井筒周圍天然裂縫或造成二次傷害。因此，針對固井完井的全通徑改造模式，建議進一步優化選段技術和壓裂設計參數，加強多簇壓裂起裂機理研究，以提高單井產量。

2.裸眼封隔器完井加連續油管帶底封分段壓裂

綜合裸眼預置管柱管外封隔投球分段壓裂和套管固井完井連續油管帶底封分段壓裂工藝技術特點，創新性提出在裸眼管外封隔全通徑完井方式下，采用連續油管帶底封分段壓裂的完井和改造工藝技術體系。與常規水平井裸眼預置管柱不同，該模式下的裸眼封隔器完井中不含分級滑套及球座，在不改變現有井身結構情況下采用裸眼完井增大近井泄氣面積，利于氣體產出，同時實現壓后全通徑，利于后期二次改造及排水采氣作業。

2.1 技術特點

（1）壓裂級數及分段距離無限制。

（2）一趟管柱完成射孔及壓裂施工，井下工具簡單。

（3）壓裂施工連續，不間斷，施工時間短。

（4）利用連續油管機械定位器實現選段的精確定位，改造針對性強。

（5）裸眼完井增大近井泄氣面積，可形成多裂縫，“甜點”自選。

（6）完井管柱全通徑，利于后期作業。

2.2 完井管柱

針對鄂北氣田儲層結構特點，采用三級井身結構及懸掛?114.3 mm套管+裸眼封隔器完井。完井管柱結構如圖2所示。懸掛封隔器與坐封球座之間為若干裸眼封隔器和套管的交替組合，以此實現各個目的層段逐級改造，懸掛封隔器以上回接套管至井口，井內管柱與工具內徑均相同。

2.3 壓裂工具

連續油管帶底封分段壓裂工具應用于水平井噴砂射孔及環空加砂壓裂聯作，能夠依靠連續油管拖動及封隔器多次坐封解封來實現不同層段的改造，轉層操作靈活快速，作業周期短。其壓裂井下工具結構為（自下而上）：導引頭+機械式接箍定位器+封隔器總成+循環閥+噴槍+扶正器+機械丟手+連續油管接頭，整個工具串與連續油管連接。

圖2 裸眼封隔器完井管柱示意圖

2.4 工藝流程

（1）將連續油管帶底封工具串入井后，用機械定位器定位校深并坐封封隔器。

（2）連續油管噴槍水力噴砂射孔作業（一般射孔時間10 min），并將含砂液頂替出井口。

（3）根據壓裂設計的要求進行環空加砂壓裂，連續油管補液。

（4）施工結束后，解封封隔器，上提工具串至下一級壓裂作業深度，坐封、射孔、壓裂作業。

（5）重復進行以上步驟，對水平井每一級進行逐級壓裂。

3.配套工藝技術

3.1 前置酸預處理技術

隨著鄂北氣田開發的不斷深入，儲層品位逐年變差，儲層非均質性增強，水平段泥巖鉆遇率增加。對于高泥質含量井段，射孔后施工壓力較高，常規前置液無法壓開地層，采取前置酸預處理技術，能夠有效降低近井筒污染和地層破裂壓力［11］，同時降低近井筒摩阻，保證施工成功率。

結合鉆井液濾餅雜質及儲層基質礦物成分分析，形成針對鄂北氣田儲層特征的前置酸酸液體系（1.5%HF+12%HCl+2%緩蝕劑+1.8% ～2%鐵離子穩定劑+2%黏土穩定劑+0.3% ～0.5%破乳助排劑）。施工過程中，通過連續油管注入酸液并頂替至射孔段地層附近（單段注入酸量3～5 m3），關井反應30 min后采用小排量試擠直至人工裂縫起裂并延伸。

3.2 連續油管快速安全轉層技術

3.2.1 工具串防卡技術

采用連續油管對前一段壓裂施工結束后，轉層期間為避免井筒沉砂導致管柱在上提過程中發生砂卡等復雜情況，連續油管以0.5 m3／min左右的排量注入，能夠有效預防管柱砂卡。

3.2.2 封隔器重復坐封技術

連續油管帶底封工具串的封隔器采用上提解封、下放坐封的方式能夠實現重復坐封，封隔已壓裂層段，滿足水平井多段壓裂改造。

3.3 水力噴砂射孔技術

3.3.1 回壓控制技術

射孔期間，為了避免封隔器解封，通過控制油套環空壓力（井口回壓不小于封隔器坐封前5 MPa），能夠保證封隔器坐封。

3.3.2 射孔施工參數優化

根據不同噴嘴，設計排量0.60～0.85 m3／min，確保射孔速度達到190 m／s以上［12］，砂濃度120 kg／m3，噴射時間10～15 min，射孔液量6.0～13 m3，確保射孔成功率。

3.4 壓后快速排液與全井段沖砂技術

壓裂后排液的原則是既要防止地層出砂，又要盡快的排出壓裂液。鄂北氣田水平井壓裂施工結束后60 min開井，采用?4 mm～?10 mm油嘴（逐漸放大的方式）放噴排液。采取理論與現場實際相結合的方式，優化出全通徑施工水平井壓后排液制度。同時為了便于后期排水采氣，全通徑水平井壓后在油壓、排液穩定后更換?60.3 mm生產管柱，并沖砂至人工井底。

二、現場應用效果

1.壓裂施工概況及效果

截止2016年12月，裸眼封隔器完井加連續油管帶底封分段壓裂工藝在大牛地氣田和杭錦旗區塊應用17井141段，綜合施工成功率98.6%，其中大牛地氣田應用7井54段，平均單段液量304 m3，平均單段砂量35.9 m3，施工成功率100%；杭錦旗區塊應用10井87段，平均單段液量395.3 m3，平均單段砂量43.1 m3，施工成功率97.8%。

大牛地氣田7口井完成試氣井壓后平均油壓5.3 MPa，平均無阻流量4.79×104m3／d，略高于同層位井全年平均無阻流量4.53×104m3／d；杭錦旗區塊10口井完成試氣井壓后平均油壓14.7 MPa，平均無阻流量17.13×104m3／d，高于同層位井全年平均無阻流量13.5×104m3／d。

裸眼封隔器完井加連續油管帶底封分段壓裂工藝壓后采用油管沖砂，與常規預置級差滑套分段壓裂工藝相比，可實現壓后全井段沖砂至人工井底，井筒內沖砂量為預置級差滑套工藝的2倍以上（表1），有利于水平井后期的排液采氣，部分井油壓與產氣量較沖砂前明顯升高。

表1 預置級差滑套與裸封+連油工藝沖砂效果對比

2.壓裂施工曲線分析

2.1 裂縫正常擴展類型

此類壓裂曲線表現為施工過程中，壓力基本保持平穩或緩慢下降（圖3），共計132段，占總施工段數的93.6%，這些層段砂體較純，泥質含量較低，壓裂施工過程中人工裂縫能夠正常起裂和擴展，形成主縫后不斷向儲層深部延伸。

圖3 裂縫正常擴展類型壓裂施工曲線

2.2 壓力逐漸上升類型

此類壓裂施工曲線在前期低砂比階段壓力基本正常，但進入中高砂比段后，壓力爬升較快（圖4），共計7段，占總施工段數的5.0%。此類情況的處理措施為降低砂比和排量，若壓力繼續上升，則迅速停止加砂，直接頂替，頂替到位后完成本段施工。分析原因可能為壓裂液濾失增大，縫寬不足，導致高砂比時裂縫進砂阻力增加。

2.3 造縫困難，放棄加砂類型

此類壓裂曲線在水力噴砂射孔后多次試擠無效，替酸后壓力仍居高不下，多次超限壓，造縫極為困難（圖5），故放棄本段施工，直接轉入下一段壓裂。統計共2段，占總施工段數的1.4%。原因可能為該層段泥質含量較高或鉆井液污染嚴重，導致地層起裂困難。

圖4 壓力逐漸上升類型壓裂施工曲線

圖5 造縫困難放棄加砂類型壓裂施工曲線

三、認識

（1）鄂北氣田致密砂巖氣藏整體表現為低滲、低孔、低壓，儲層天然能量不足，壓力下降快，采用固井完井的全通徑壓裂改造效果較差，建議進一步優化選段技術和壓裂設計參數，加強多簇壓裂起裂機理研究，以提高單井產量。

（2）裸眼封隔器全通徑完井加連續油管帶底封分段壓裂工藝既具有裸眼完井泄氣面積大，“甜點”自選等優點，又能實現壓后井筒全通徑和全井段沖砂，利于后期排液采氣和二次作業。

（3）裸眼封隔器全通徑完井加連續油管帶底封分段壓裂工藝累計應用17井141段（截止2016年12月），施工成功率98.6%，通過不斷完善配套工藝技術，初步形成了適用于鄂北致密砂巖氣藏的水平井全通徑改造模式，具有較好的推廣應用價值。